Физики МГУ нашли новую токовую структуру в гелиосфере
«Найдена новая долгоживущая токовая структура в гелиосфере. На основании данных космического аппарата Ulysses впервые обнаружены долгоживущие токовые слои конической (или цилиндрической) формы над южным полюсом Солнца. Они возникают в годы минимумов солнечной активности внутри корональных дыр и поддерживаются сильным магнитным полем, закрученным на манер торнадо. Внутри высокоширотных токовых слоев потоки плазмы медленнее и плотнее, чем снаружи. О существовании мелкомасштабных недолгоживущих магнитных торнадо на Солнце в низких широтах было известно ранее, но никто не знал о подобных устойчивых структурах намного больших масштабов на полюсах и не предполагал, что их можно обнаружить на значительных расстояниях от Солнца, в три раза дальше земной орбиты», рассказала Хельми Малова, автор статьи, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории магнитосфер планет отдела космических наук Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ имени М.В. Ломоносова. Результаты работы были опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.
Идея искать токовые слои над полюсом возникла у ученых из теоретических соображений и была подтверждена по данным космического аппарата Ulysses. Это был единственный аппарат, который вращался вокруг Солнца практически перпендикулярно к плоскости эклиптики и позволял изучать солнечный ветер над полюсами нашей звезды. Задача была сложной, поскольку никто не знал, как будут выглядеть такие слои по данным солнечного ветра. К счастью, одно из пересечений Ulysses такого токового слоя совпало с взаимодействием этой структуры с кометой Макнота (McNaught), которая пролетела прямо над полюсом и «подсветила» токовую трубу настолько, что скорость в ней упала в два раза. После того как нашелся первый слой, найти остальные стало делом техники. Наблюдения Ulysses на расстояниях двух-трёх астрономических единиц от Солнца отлично согласуются с появлением конусообразных областей на картинах восстановленных магнитных полей в короне. Ещё одно подтверждение предоставили японские ученые, обнаружив провалы в скорости солнечного ветра внутри высокоскоростных потоков из корональных дыр по наблюдениям межпланетных сцинтилляций в те же периоды. Ученые МГУ построили магнитогидродинамическую (МГД) модель цилиндрического токового слоя, позволяющую описать его свойства.
«Значимость этой работы заключается в том, что обнаружена долгоживущая токовая структура в гелиосфере, до сих пор никем не описанная. Во-первых, подобные структуры являются частью крупномасштабной гелиосферной токовой цепи, поэтому их открытие дает шанс объяснить множество непонятных явлений на масштабах всей гелиосферы. Во-вторых, подобные структуры могут существовать внутри корональных дыр не только в минимумы солнечной активности, но и в другие фазы цикла, когда корональные дыры спускаются к экватору. Это уже может оказывать серьезное влияние на околоземное космическое пространство, ведь мы показали, что вдоль таких магнитных торнадо распространяются энергичные частицы, ускоренные до больших энергий (кэВ-МэВ). В-третьих, взаимодействие цилиндрических токовых слоёв с кометами не было изучено и даже не предполагалось ранее. Таким образом, область применения нашего исследования весьма широка», — заключила Хельми Малова.
Работа проходила в рамках многолетнего сотрудничества российских ученых из МГУ имени М.В. Ломоносова, Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн имени Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН) и Института космических исследований (ИКИ) РАН. Статья была написана совместно с учеными из Нагойского университета (Япония) и из Института космических исследований Польской академии наук. Материалы предоставлены пресс-службой МГУ